第二章 資料與研究方法
2.1 觀測資料
2.1.1 降雨資料
本研究的採用四組不同來源之降雨資料,包含了 CMAPLAND(Precipitation Reconstruction over Land;Chen et al., 2002)、CRU(Climatic Research Unit of the University of East Anglia;Hulme, 1994; New et al., 2000)、APHRODITE(Asian Precipitation – Highly-Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation of the Water Resources;Xie et al., 2007)、GPCP(Global Precipitation Climatology Project Monthly Precipitation Dataset Version 2;Adler et al., 2003)。
CMAPLAND 為全球陸地月平均降雨資料,將 1951 年至 1990 年間約 17000 個降雨記錄連續 10 年以上之測站降雨資料利用最佳內插法 OI(optimal
interpolation;Gandin, 1965)分析與距離權重計算而成,考慮測站分佈密度與歷 史資料延續性,CMAPLAND 降雨資料未做偏差校正。本研究分析之時間為 1979 至 2005 年,經緯網格解析度為 2.5°×2.5°。
CRU 集合了多筆不同時期全球或區域的降雨資料,包含 CRU、NMAs
(National Meterological Agencies)、WMO(World Meteorology Organization)、
CIAT(Centro Internacional de Agricultura Tropical)、Muller(1982)、FAO(1984)、 USAF(1987)等,整合成起迄時間自 1951 至 2002 年之全球陸地降雨資料。本 研究分析之時間為 1979 至 2001 年,經緯網格解析度為 2.5°×2.5°。
APHRODITE 為日本綜合地球環境學研究所(Research Institute for Humanity and Nature, RIHN)及氣象廳之氣象研究所(Meteorological Research Institute of Japan Meteorological Agency, MRI/JMA)整合東亞地區(5°-60°N,65°-155°E)兩 千多個測站資料所提供 1979 至 2002 年之陸地日平均降雨資料,為了與其它降雨 資料比較,本研究將其計算成月平均資料,本研究分析之資料時間為 1979 至 2001 年,經緯網格解析度為 0.5°×0.5°。
GPCP 合成了七種不同降雨資料:將 GPCC 近 7000 點的測站降雨資料進行 除錯程序(排除編碼、傳送、地形影響等誤差資料);陸地降雨資料(Ferraro, 1997)
以 SSM/I 微波散射資料與 Grody(1991)散射指數 SI(scattering index)計算;
以 SSM/I 微波放射資料及 Wilheit et al.(1991)所使用之統計方式計算洋面降雨 資料;整合 NCDC(NOAA National Climatic Data Center)提供的 GHCN(Global Historical Climatology Network)降雨資料與 NOAA/CPC 的 CAMS(Climate Anomaly Monitoring System;Ropelewski et al., 1985)降雨資料並濾除測站誤差;
加入 GPI 降雨指數計算冷雲頂區域降雨率;利用 TIROS(Television IR
Observational Satellite)之 TOVS(TIROS Operational Vertical Sounder)反演深厚、
範圍廣大之雲區降雨資料,填補 SSM/I 在較冷地區估計之偏差;最後 GPCP 使 用 OPI 降雨指數作為合成降雨資料之來源。上述七種資料排除隨機誤差計算後,
透過 SG(satellite-gauge)技術整合成全球月平均降雨資料。本研究分析之資料 時間為 1979 至 2005 年,經緯網格解析度為 2.5°×2.5°。
2.1.2 再分析資料
ERA40(ECMWF 40 Year Re-analysis,Simmons and Gibson, 2000)為歐洲中 期天氣預報中心(European Centre for Medium-RangeWeather Forecasts)將觀測資 料放入其預報模式之同化系統重新計算而得的資料。為了有助於氣象研究,將原
本 ERA15(1979 至 1993 年)資料延長為 1957 年 9 月至 2002 年 8 月,本研究使 用 ERA40 提供之月平均資料,分析時間為 1979 至 2001 年,經緯網格解析度為 2.5°×2.5°。採用之物理量包含了溫度、緯向風、經向風、水氣、垂直速度、重力 位高度,垂直有 12 層,包括 1000mb、925mb、850mb、700mb、600mb、500mb、
400mb、300mb、250mb、200mb、150mb、100mb;土壤水含量(地面下 0 至 7 公分)以及熱通量資料,包含了淨熱通量、地表淨熱通量、大氣層頂淨輻射量、
地表短波輻射、地表長波輻射、蒸發通量、可感熱通量。
NCEP R2 為美國國家環境預報中心(National Centers for Environmental Prediction-Department of Energy, NCEP-DOE)提供之第二版再分析資料
(Reanalysis 2)(Kanamitsu et al., 2002),採用之物理量包含溫度場,垂直有 12 層,包括 1000mb、925mb、850mb、700mb、600mb、500mb、400mb、300mb、
250mb、200mb、150mb、100mb;土壤水含量。本研究使用 NCEPR2 提供之月 平均資料,分析時間為 1979 至 2005 年,經緯網格解析度為 2.5°×2.5°。
2.1.3 其它
溫度資料方面亦使用了 RSS/MSU(Remote Sensing Systems / Microwave Sounding Units;Mears et al., 2003)將衛星資料反演後所得之 TMT(Temperature Middle Troposphere)頻道的溫度資料。分析資料之時間皆為1979 至 2005 年,
經緯網格解析度為 2.5°×2.5°。
地表面溫度除了 ERA40、NCEPR2 外,使用了 Met Office Hadley Centre 整 合 4000 多個測站資料而成的 CRUTEM3,使用之資料時間為 1979 至 2005 年,
經緯網格解析度為 5°×5°。
雪覆蓋(snow cover)資料則使用 NSIDC(National Snow and Ice Data Center)
將來自 NOAA-NESDIS AVHRR、GOES 及其他可見光頻道之衛星所提供的雪覆 蓋(snow cover)與 SSMR、SSM/I 微波放射提供的海冰資料整合而成的 Northern Hemisphere EASE-Grid Weekly Snow Cover and Sea Ice Extent Version 3
(Armstrong and Brodzik, 2005)。本研究所使用之資料時間為 1979 至 2005 年,
為計算降雪覆蓋面積百分比,將 0.25°×0.25°網格解析度轉換為 2.5°×2.5°。
海表面溫度 SST 使用 NOAA 衛星資料提供的最佳化海溫資料 OISST V2 (NOAA optimum interpolation version 2 monthly mean SST;Reynolds et al., 2002),
選取的時間為 1982 年至 2001 年之月平均資料,經緯網格解析度為 1°×1°。